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当动力锂电池出现热失控时,电池管理系统是如何减轻影响的?

时间:2024-06-11 16:45:52来源:钜大LARGE

导语:​锂离子电池在适当控制的环境中往往被认为是安全的。我们应该说大部分是安全的,因为电池管理系统(BMS)和锂离子电池制造工艺并不总是完美的。

  锂离子电池在适当控制的环境中往往被认为是安全的。我们应该说大部分是安全的,因为电池管理系统(BMS)和锂离子电池制造工艺并不总是完美的。但是,如果我们不能与锂离子技术的物理学原理作斗争,我们可以争取更好的BMS设计。

  在这里,我们将介绍发生故障时可能发生的情况以及如何减轻这种影响。

  电池管理系统中的热失控

  电力系统著名的故障模式之一是热失控,通常会引发火灾。在BMS故障的情况下,由于硬件故障或固件错误而可能导致热失控。

  例如,平衡器中被遗忘的停止命令可能会继续无限期地过度放电。在这种情况下,即使检测到问题并熔保险丝也不会停止电池放电。由于过度放电,这可能导致电池中阳极和阴极之间的隔板分解和穿孔,从而在尝试新的充电后引起强大的内部短路。

  图1.由于过放电导致内部铜短路的形成

  您可能想知道这样的短路如何避免被发现。初始触点可能具有足够的电阻以保持电池电压高,但具有非常高的自放电电流,使其无法被外部电流传感器或电压监控器检测到。短路会导致电池发热,如果达到60°C以上的临界温度,它将破裂并燃烧,加热其相邻的电池并触发连锁反应。这是热失控,有可能造成灾难性后果。

  图2.2011年雪佛兰Volt燃烧的高能电池组

  减轻故障

  针对意外错误的一种解决方案是在MCU发生致命错误的情况下使用外部看门狗,如图3所示。

  图3.具有MCU看门狗实现的典型BMS框图

  如果MCU未被卡住,但忘记了命令,则单元监视器可以实现看门狗系统,如图4所示。

  图4.具有完整看门狗实现的BMS框图

  或者,如果由于EMC问题或辐射而发生闩锁,则可以通过设计看门狗使其熄灭,使其发出电源循环,而不仅仅是逻辑复位,从而将其熄灭。这种架构不太常见。

  减轻BMS故障的其他解决方案

  随着能量密度和功率需求的增加,对电池单元提出过多要求变得越来越容易。因此,必须实现更加精确的电量计,其中电池阻抗是关键部分。

  一种直接在运行时直接测量阻抗的简便方法将很有用。松下声称使用一种新的局部AC刺激技术来监测电池的电化学阻抗,就已经实现了这种方法。虽然存在其他方法,但是它们需要空载基准电压和校准。

  另一个改进可以依靠FRAM技术,该技术通常被MCU用作系统RAM。缓冲库仑计数器样本时,FRAM会在重启后保留数据,这意味着在突然复位的情况下,固件丢失最后一次有效数据的机会较小。

  但是,最终,真正的不同是电池化学:除了锂离子电池以外,还有更多选择。


标签: 锂电池

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